JP2022041576A - エンジンの燃焼室構造 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料を燃焼室内の空気とミキシングし易くするとともに、通路形成部材の耐久性を向上する。【解決手段】燃焼室１０と、燃料噴射ノズル８と、通路形成部材２０と、を備えるエンジンの燃焼室構造が提供される。燃焼室１０は、シリンダヘッド３と、シリンダブロック２のシリンダ内のピストン１と、によって形成される。燃料噴射ノズル８は、シリンダヘッド３に設けられ、先端部が燃焼室１０に露出して当該先端部に燃料が燃焼室１０へ噴射される噴孔８ａが形成される。通路形成部材２０には、燃料噴射ノズル８の噴孔８ａから噴射された燃料を通過させる通路が形成される。通路形成部材２０の外周面は、シリンダヘッド３の燃焼室天井面３ｂに当接される。通路形成部材２０の通路は、通路の上流側から下流端へ向かって通路断面積が漸次広くなる拡大部２２を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの燃焼室構造に関する。

従来、シリンダヘッドとピストンの間に燃焼室が形成されるエンジンの燃焼室構造が知られている。この種のエンジンの燃焼室構造は、例えば特許文献１に記載されている。特許文献１の内燃機関（１０）は、シリンダブロック（１４）と、ピストン（１６）と、シリンダヘッド（１８）とを備えている。燃焼室（１２）は、シリンダブロック（１４）のシリンダボア面（１４ａ）と、ピストン（１６）の頂面（１６ａ）と、シリンダヘッド（１８）の燃焼室天井面（１８ａ）の表面と、図示省略する吸排気バルブの底面とによって画定されている。

特許文献１の内燃機関（１０）は、さらに、燃料噴射ノズル（２０）とダクト（３０）とを備えている。燃料噴射ノズル（２０）は、燃焼室（１２）に露出する先端部（２０ａ）を有する。先端部（２０ａ）には、噴孔（２２）が形成されている。ダクト（３０）は、噴孔（２２）に対応して設けられている。ダクト（３０）の内部には、整流通路（３２）が形成されている。噴孔（２２）から噴射された燃料は、整流通路（３２）を通過した後に燃焼室（１２）内に噴射される。

特許文献１のダクト（３０）は、支柱部（３４）を介して、シリンダヘッド（１８）の燃焼室天井面（１８ａ）に吊り下げられている。特許文献１では、ダクト（３０）の設置により、噴射された燃料の噴霧がダクト（３０）を通過する過程で、自着火を抑制しながら燃料噴霧と充填空気との予混合を促進することができ、均質化される前の過濃燃料が自着火することによるスモークの発生を抑制することが可能となる、としている。

しかしながら、特許文献１の構成では、燃料の噴霧がダクト（３０）から放出されるときに燃料の通過方向の径方向外側には広がり難く、充填空気と十分にミキシングされない。さらに、ダクト（３０）の燃焼室天井面（１８ａ）への取付安定性が必ずしも高くはなく、それ故に耐久性の面においても改善の余地があった。

特開２０２０－７９７７号公報

本発明は前記従来の問題を解決し、燃料を燃焼室内の空気とミキシングし易くするとともに、通路形成部材の耐久性を向上することを目的とする。

本発明の第１の観点では、燃焼室と、燃料噴射ノズルと、通路形成部材と、を備えるエンジンの燃焼室構造が提供される。前記燃焼室は、シリンダヘッドと、シリンダブロックのシリンダ内のピストンと、によって形成される。前記燃料噴射ノズルは、前記シリンダヘッドに設けられ、先端部が前記燃焼室に露出して前記先端部に燃料が前記燃焼室へ噴射される噴孔が形成される。前記通路形成部材には、前記燃料噴射ノズルの前記噴孔から噴射された燃料を通過させる通路が形成される。当該通路形成部材の外周面は、前記シリンダヘッドの燃焼室天井面に当接される。前記通路形成部材の前記通路は、前記通路の上流側から下流端へ向かって通路断面積が漸次広くなる拡大部を含む。

これによれば、燃料には通路形成部材の内面に沿って流れようとするコアンダ効果が働くところ、拡大部では通路下流側に向かって通路断面積が漸次拡大しているから、燃料が通路下流端に向かって広がりながら流れ易くなる。そのため、燃料が通路形成部材から放出されるときに、通路の径方向外側へ燃料が広がり易くなる。その結果、燃料が燃焼室内の空気とミキシングされ易くなる。さらに、通路形成部材の外周面を燃焼室天井面に当接させることで、面接触あるいは線接触するため、取付安定性を確保し易く、それ故に耐久性が向上する。

本発明の第２の観点では、第１の観点に係るエンジンの燃焼室構造において、前記通路形成部材の前記通路には、前記拡大部よりも前記通路の上流側に、通路断面積が漸次縮小して前記拡大部の上流端に続く絞り部が形成される。

これによれば、燃料が通過する通路面積が絞り部で小さくなるため、燃料が絞り部を通過することで燃料の流れに乱れが生じ、細かく分裂し易くなる。その結果、燃料の中心部が高濃度になることが抑制されて燃料の濃度が均一化され、ムラのないミキシングが可能となる。

本発明の第３の観点では、第２の観点に係るエンジンの燃焼室構造において、前記絞り部は、前記通路の中間点よりも上流側に位置している。

これによれば、絞り部の下流側に、十分な長さの拡大部を確保し易くなる。拡大部が十分に長いため、燃料がコアンダ効果の影響をより受け易くなり、通路形成部材の内面に沿ってより円滑に流れる。また、拡大部の下流端は十分に径方向外側に広がっているので、拡大部から放出されるときに、燃料を通路の径方向外側へ向けて十分に広げることができる。

本発明の第４の観点では、第１の観点から第３の観点までのいずれか１つに係るエンジンの燃焼室構造において、前記拡大部は、第１拡大部と、第２拡大部とからなる。前記第２拡大部は、前記第１拡大部の下流側に当該第１拡大部と連続して配置され、かつ、前記通路断面積が通路下流側に向かって拡大していく度合いが前記第１拡大部よりも大きくなっている。

これによれば、燃料が通路形成部材の第２拡大部から放出されるときに、燃料が通路の径方向外側へさらに広がり易くなる。その結果、燃料が燃焼室内の空気とさらにミキシングされ易くなる。

本発明の第５の観点では、第４の観点に係るエンジンの燃焼室構造において、前記第１拡大部と前記第２拡大部は、滑らかに接続されている。

これによれば、燃料が通路形成部材の内面に沿って、コアンダ効果により円滑に流れ易くなり、その結果、燃料が通路の径方向外側へ広がり易くなる。

本発明の第６の観点では、第１の観点から第５の観点までのいずれか１つに係るエンジンの燃焼室構造において、前記シリンダヘッドの燃焼室天井面には、前記通路形成部材の一部を収容する凹部が形成される。前記通路形成部材は、前記凹部に配置される。

これによれば、シリンダブロック内に配置されるピストンの上死点をシリンダヘッド側に近づけることが可能となり、エンジンの圧縮比を高めることが容易になる。

ディーゼルエンジンの燃焼室付近の構造を示す縦断面図である。 燃料噴射ノズルを軸線方向に視たときの、通路形成部材のレイアウトを示す模式図である。 第１実施形態に係る通路形成部材を示す図である。（ａ）は通路形成部材を通路の中心線を通るように切断したときの縦断面図であり、（ｂ）は通路形成部材を下流側から視たときの図である。 第１噴孔から噴射された燃料と、第２噴孔から噴射された燃料とが、ぶつかり合う様子を示すイメージ図である。 第２実施形態に係る通路形成部材を示す図である。（ａ）は通路形成部材を通路の中心線を通るように切断したときの縦断面図であり、（ｂ）は通路形成部材を下流側から視たときの図である。 第３実施形態に係る通路形成部材を示す図である。（ａ）は通路形成部材を通路の中心線を通るように切断したときの縦断面図であり、（ｂ）は通路形成部材を下流側から視たときの図である。 第４実施形態に係る通路形成部材を示す図であり、通路形成部材を通路の中心線を通るように切断したときの縦断面図である。 第１変形例における、ディーゼルエンジンの燃焼室付近の構造を示す縦断面図である。 第２変形例における、ディーゼルエンジンの燃焼室付近の構造を示す縦断面図である。 第３変形例における、ディーゼルエンジンの燃焼室付近の構造を示す縦断面図である。 第４変形例における、ディーゼルエンジンの燃焼室付近の構造を示す縦断面図である。 第５変形例における、ディーゼルエンジンの燃焼室付近の構造を示す縦断面図である。 第６変形例における、ディーゼルエンジンの燃焼室付近の構造を示す縦断面図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

＜１．第１実施形態＞
＜１－１．エンジンの燃焼室の概略構造＞
以下では、本実施形態に係る直噴式のディーゼルエンジンの燃焼室の概略構造について、図１を参照して説明する。図１は、直噴式のディーゼルエンジンの燃焼室１０付近の構造を示す縦断面図である。このディーゼルエンジンは、各々がアルミ合金製のピストン１と、シリンダブロック２と、シリンダヘッド３とを備え、さらに、吸気バルブ（図示省略）と、吸気ポート（図示省略）と、排気バルブ（図示省略）と、排気ポート（図示省略）と、燃料噴射ノズル８とを備える。

ピストン１は、頂面にキャビティ９が形成される。シリンダブロック２はシリンダを備える。シリンダブロック２の上端面には、シリンダヘッド３に接続するための合わせ面２ａが形成される。図示は省略しているが、シリンダヘッド３には、吸気ポートと、排気ポートとが形成され、吸気ポートには吸気バルブが、排気ポートには排気バルブが、それぞれ開閉可能に設けられる。また、シリンダヘッド３には、燃料噴射ノズル８が装着される。シリンダヘッド３の下端面には、シリンダブロック２に接続するための合わせ面３ａが形成される。シリンダヘッド３と、シリンダブロック２と、が合わせ面３ａ，２ａにより合わされて、シリンダ内にピストン１が収容されて、シリンダヘッド３と、ピストン１と、の間に燃焼室１０が形成される。

詳細には、ディーゼルエンジンの燃焼室１０は、ピストン１の頂面（キャビティ９）、シリンダブロック２の内壁面、シリンダヘッド３の合わせ面３ａに取り囲まれた燃焼室天井面３ｂ、並びに、吸気バルブ及び排気バルブのそれぞれの傘部で、主として形成される。

上記ディーゼルエンジンでは、圧縮行程（例えば、圧縮行程後期）のタイミングで、燃料噴射ノズル８から燃焼室１０内に燃料が噴射されることにより、燃料が自然着火することで燃焼室１０において生じる爆発から得られる推進力によって、ピストン１が上記シリンダ内を往復運動し、ピストン１の往復運動がロッド（図示省略）を介して、クランク軸（図示省略）の回転運動に変換されて、動力が得られる。

＜１－２．燃料噴射ノズルの構成＞
燃料噴射ノズル８は、先端部が燃焼室１０に露出する状態で、シリンダヘッド３に装着される。燃料噴射ノズル８の先端部には、燃料噴射ノズル８の軸心を中心にして、複数の噴孔が周方向に沿って等間隔に配置されている。本実施形態では、燃料噴射ノズル８の先端部には８つの噴孔が設けられている。８つの噴孔の内訳は、後述する第１噴孔８ａが４つと、後述する第２噴孔８ｂが４つである。ただし、噴孔８ａ，８ｂの数は、これに限るものではなく、全部で７個以下であってもよいし、９個以上であってもよい。各噴孔８ａ，８ｂのそれぞれの中心線は、シリンダの中心から径方向外側かつ斜め下方に向かって延びている。全体としてみたとき、８つの噴孔８ａ，８ｂは、燃料が燃焼室１０の中心から径方向外側に向けて放射状に噴射されるように設けられている。

＜１－３．通路形成部材の構成＞
本実施形態のディーゼルエンジンにおいては、燃料噴射ノズル８に設けられる８つの噴孔８ａ，８ｂのうちの半分である第１噴孔８ａに対応して、４つの通路形成部材２０が設けられる。図２に示すように、４つの通路形成部材２０は、燃料噴射ノズル８の中心軸（軸心）を中心にして周方向に１つおきに配置される４つの第１噴孔８ａに対応して、設けられる。第１噴孔８ａと、後述する第２噴孔８ｂとは、燃料噴射ノズル８の中心軸を中心にして周方向に間隔をおいて（本実施形態では、等間隔に）交互に配置される。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本実施形態に係る通路形成部材２０を示す図である。図３（ａ）に示すように、各通路形成部材２０には、第１噴孔８ａから噴射された燃料を通過させる通路が形成されている。当該通路は、燃料が通過する通過方向の上流端から下流端にかけて形成される。図１に示すように、通路形成部材２０内の通路の中心線は、第１噴孔８ａの中心線と一直線となるように配置されている。

図３（ｂ）に示すように、本実施形態では、通路形成部材２０の外形は、概ね角筒状となっている。すなわち、通路形成部材２０は、外周に複数の平坦部２１を有する。この平坦部２１のうちの１つが、シリンダヘッド３の燃焼室天井面３ｂのうちの凹部３ｃに当接することで、略面接触した状態で取り付けられる。凹部３ｃは、通路形成部材２０の一部を収容する。

図１に示すように、本実施形態の通路形成部材２０は、シリンダヘッド３の燃焼室天井面３ｂのうち、燃料噴射ノズル８を取り囲む凹部３ｃに取り付けられる。凹部３ｃは、燃料噴射ノズル８が配置される位置を中心にして、第１噴孔８ａの中心線の傾きと略一致するように傾斜していて、略円錐状の空間となっている。凹部３ｃの傾斜面に通路形成部材２０の平坦部２１が当接することで、略面接触した状態で通路形成部材２０が凹部３ｃに固定されている。通路形成部材２０の凹部３ｃへの取付けには、溶接、はんだ付け、ネジ止め等の、公知の様々な方法のいずれかを用いてもよい。あるいは、図３（ｂ）に示すように、平坦部２１を凹部３ｃの傾斜面に接触させた状態で、通路形成部材２０の取付け側とは反対側の平坦部２１と、燃焼室天井面３ｂの一部とを、カバー２９で覆い、このカバー２９が燃焼室天井面３ｂにネジ止めされることにより、通路形成部材２０が凹部３ｃに取り付けられてもよい。

図３（ａ）に示すように、本実施形態の通路形成部材２０の通路は、拡大部２２を含む。拡大部２２は、通路の上流側から下流端へ向かって通路断面積が漸次広くなっている。なお、図３（ｂ）に示すように、本実施形態の通路形成部材２０の通路断面は、円形である。したがって、拡大部２２は、略円錐状の内面を有する。また、本実施形態では、通路断面積が最小となっている箇所が通路形成部材２０内の通路の上流端、通路断面積が最大となっている箇所が通路形成部材２０内の通路の下流端を、それぞれなしている。図３（ａ）に示すように、本実施形態の拡大部２２は、通路形成部材２０の通路の中心線を通るように切断したときに、内面が直線状である。

本実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室構造においては、燃料噴射ノズル８の第１噴孔８ａから噴射された燃料を、通路形成部材２０を通過させることで、第１速度で、燃焼室１０の外周部に向かわせる。また、燃料噴射ノズル８の第２噴孔８ｂから噴射された燃料を、通路形成部材を通過させないことで、上記第１速度よりも遅い第２速度で、燃焼室１０の外周部に向かわせる。別の言い方をすれば、本実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室構造においては、第１噴孔８ａから噴射された燃料が燃焼室１０の外周部に向かう速度と、第２噴孔８ｂから噴射された燃料が燃焼室１０の外周部に向かう速度と、の間で差を生じさせるための燃料の通路を形成する通路形成部材２０が設けられる（図２を参照）。通路形成部材２０は、燃料噴射ノズル８の先端部の周囲に配置される。

以上のような構成のディーゼルエンジンの燃焼室構造において、圧縮行程（例えば、圧縮行程後期）で燃料噴射ノズル８の噴孔８ａ，８ｂから燃料が噴射されると、燃料のうちの一部は、第１噴孔８ａと同軸状に配置される通路形成部材２０の通路内へと侵入する。通路形成部材２０の上流端から通路内に入った燃料には、通路形成部材２０の内面に沿って流れようとするコアンダ効果が働くところ、燃料は、コアンダ効果により、拡大部２２の略円錐の内面に沿って、通路形成部材２０の下流端に向かって、流れる。すなわち、通路形成部材２０の通路内を通過する燃料は、コアンダ効果により拡大部２２の内面に沿って流れることで通路に対して径方向外側に広がりながら、上流端から下流端へと向かう。燃料は、通路形成部材２０内を通過することで、通路形成部材２０内を通過しない場合と比べて速く流れる。これは、通路形成部材２０の通路内においては、抵抗となる空気が周囲から燃料噴霧内に巻き込まれ難いためである。また、燃料が通路形成部材２０から放出されるときに、拡大部２２の下流端から通路に対して径方向外側に広がり易くなる。その結果、通路形成部材２０を通過した後の燃料の方が高速度で、燃焼室１０の外周部に向かい、燃焼室１０内の空気とミキシングされる。第１噴孔８ａから噴射されて通路形成部材２０を通過した燃料よりも低速度で、燃料噴射ノズル８の第２噴孔８ｂから噴射された燃料が、燃焼室１０の外周部に向かい、先に空気と混合された燃料と衝突し、燃焼室１０内で燃料噴霧の空間的な乱れが生じる。その結果、燃料全体が、燃焼室１０内の空気と効率よくミキシングされる。図４に、第１噴孔８ａから噴射された燃料と、第２噴孔８ｂから噴射された燃料とが、衝突してミキシングされる様子を、示してある。図４中の二点鎖線は、第１噴孔８ａから噴射された燃料の広がり（燃料噴霧）を示している。図３中の一点鎖線は、第２噴孔８ｂから噴射された燃料の広がり（燃料噴霧）を示している。

また、図１に示すように、本実施形態に係る通路形成部材２０は、シリンダヘッド３の燃焼室天井面３ｂに形成される凹部３ｃに配置される。これにより、例えば通路形成部材２０を上述のカバー２９で受け止めるように取り付けること等が容易となり、通路形成部材２０が脱落し難くなる。また、シリンダブロック２内に配置されるピストン１の上死点をシリンダヘッド３側に近づけることが可能となり、ディーゼルエンジンの圧縮比を高めることが可能となる。

＜２．第２実施形態＞
以下では、第２実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室１０の概略構造について、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照して説明する。第２実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室構造は、通路形成部材２０に代えて、通路形成部材３０を備える点において、第１実施形態に係る燃焼室構造とは異なる。以下では、主として第１実施形態と異なる点について説明する。

＜２－１．通路形成部材の構成＞
通路形成部材３０は、噴孔８ａに対応して、噴孔８ａの数と同じ数だけ設けられる。通路形成部材３０の外形は、概ね円筒状となっている。詳細には、通路形成部材２０の外形は、円筒状の外周部の一部を削ぎ落として平坦部３１を形成したような形状となっている。平坦部３１は、通路形成部材３０内の通路の中心線に対して平行な平面をなす。

図５（ａ）に示すように、本実施形態の通路形成部材３０は、拡大部２２に加えて、絞り部３４を含み、拡大部２２と絞り部３４との間に最小部３３を備える。絞り部３４は、拡大部２２よりも通路形成部材３０内の通路の上流側に、すなわち拡大部２２の上流側に続いて配置される。絞り部３４は、通路の下流側に向かうに従って通路断面積が漸次縮小している。すなわち、絞り部３４は、拡大部２２から離れるに従って通路断面積が漸次広くなっている。なお、図５（ｂ）に示すように、本実施形態の絞り部３４の通路断面は、円形である。したがって、絞り部３４は、逆円錐状の内面を有する。また、本実施形態では、絞り部３４のうち通路断面積が最大となっている箇所が通路形成部材３０内の通路の上流端、拡大部２２のうち通路断面積が最大となっている箇所が通路形成部材３０内の通路の下流端を、それぞれなしている。図５（ａ）に示すように、本実施形態の通路形成部材３０は、通路の中心線を通るように切断したときに、内面が途中で折れ曲がった直線状である。この内面が途中で折れ曲がった部分は、経路断面積が最小となっている領域を含む部分であり、最小部３３をなしている。

以上のような構成のディーゼルエンジンの燃焼室構造において、圧縮行程で燃料噴射ノズル８の噴孔８ａ，８ｂから燃料が噴射されると、燃料の一部は、第１噴孔８ａと同軸状に配置される通路形成部材３０の通路内へと侵入する。通路形成部材３０の上流端から通路内に入った燃料は、絞り部３４の内面に沿って、最小部３３に向かって加速されながら流れる。通路形成部材３０内において、燃料が通過する通路断面積がこの絞り部３４及び最小部３３で小さくなることにより、燃料が絞り部３４を通過することで、燃料の流れに乱れが生じ、燃料が細かく分裂し易くなる。詳細には、燃料が絞り部３４及び最小部３３の狭い通路を通ることで、燃料の中心部（芯部）を含めた流れ全体が乱れ、すなわち乱流が生じ、従来は分裂し難かった燃料の中心部も含めて、燃料の濃度が均一化され易くなる。最小部３３を通過した後の燃料には通路形成部材３０の内面に沿って流れようとするコアンダ効果が働くところ、燃料は、拡大部２２の内面に沿って下流側へと向かう。燃料は、拡大部２２内を通過することで、通路形成部材３０内を通過しない場合と比べて高速度で流れ、また、拡大部２２では通路下流端に向かって通路断面積が漸次拡大しているから、燃料がコアンダ効果により通路下流端に向かって広がりながら流れ易くなる。その結果、燃料の濃度が均一化されるとともに、燃料が燃焼室１０内の空気とミキシングされ易くなる。噴孔８ａから噴射されて通路形成部材２０を通過した燃料よりも低速度で、燃料噴射ノズル８の第２噴孔８ｂから噴射された燃料が、燃焼室１０の外周部に向かい、先に空気と混合された燃料と衝突し、燃焼室１０内で燃料噴霧の空間的な乱れが生じる。その結果、燃料全体が、燃焼室１０内の空気と効率よくミキシングされる。よって、未燃燃料が生じ難くなり、エミッションが良好となる。

特に、本実施形態の通路形成部材３０では、図５（ａ）に示すように、拡大部２２と絞り部３４との境界部分である最小部３３が、通路形成部材３０内の通路の中間点よりも、通路の上流側に位置している。したがって、絞り部３４も、通路形成部材３０内の通路の中間点よりも通路の上流側に位置している。これにより、最小部３３の下流側に、十分な長さの拡大部２２を確保し易くなる。その結果、絞り部３４及び最小部３３で燃料の濃度が均一化された後の燃料が、コアンダ効果の影響をより受け易くなる。また、拡大部２２の下流端の通路断面積が十分に大きくなるので、拡大部２２から放出されるときに、燃料を通路形成部材３０内の通路に対し径方向外側へ十分に広げることができる。よって、未燃燃料が生じ難くなり、エミッションが良好となる。

＜３．第３実施形態＞
以下では、第３実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室１０の概略構造について、図６（ａ）及び図６（ｂ）を参照して説明する。第３実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室構造は、通路形成部材３０に代えて、通路形成部材４０を備える点において、第２実施形態に係る燃焼室構造とは異なる。以下では、主として第２実施形態と異なる点について説明する。

図６（ａ）に示すように、通路形成部材４０は、拡大部として、第１拡大部４５と第２拡大部４１を含む点において、第２実施形態に係る通路形成部材３０とは相違する。

第１拡大部４５は、絞り部３４よりも通路形成部材４０内の通路の下流側に、絞り部３４と連続して配置される。言い換えれば、第１拡大部４５は、絞り部３４のすぐ下流側に設けられる。第１拡大部４５は、絞り部３４から離れるに従って通路断面積が漸次広くなっている。

第２拡大部４１は、第１拡大部４５よりも通路形成部材４０内の通路の下流側に、第１拡大部４５と連続して配置される。言い換えれば、第２拡大部４１は、第１拡大部４５のすぐ下流側に設けられる。第２拡大部４１は、第１拡大部４５から離れるに従って通路断面積が漸次広くなっている。詳細には、第２拡大部４１では、通路断面積が通路下流側に向かって拡大していく度合いが第１拡大部４５よりも大きくなっている。なお、図６（ｂ）に示すように、本実施形態の第２拡大部４１の通路断面は、円形である。したがって、第２拡大部４１は、円錐台状の内面を有する。また、本実施形態では、第２拡大部４１のうち通路断面積が最大となっている箇所が通路形成部材４０内の通路の下流端をなしている。図６（ａ）に示すように、本実施形態の通路形成部材４０は、通路の中心線を通るように切断したときに、内面が、途中の２箇所で折れ曲がった直線状である。

以上のような構成のディーゼルエンジンの燃焼室構造において、圧縮行程で燃料噴射ノズル８の噴孔８ａ，８ｂから燃料が噴射されると、燃料の一部は、第１噴孔８ａと同軸状に配置される通路形成部材４０の通路内へと侵入する。通路形成部材４０の上流端から通路内に入った燃料は、絞り部３４及び最小部３３を通過することで、濃度が均一化される。絞り部３４及び最小部３３を通過した後の燃料には、通路形成部材４０の内面に沿って流れようとするコアンダ効果が働く。そのため、燃料は、拡大部２２の内面に沿いつつ、下流側の第２拡大部４１へと向かう。さらに、燃料は、第２拡大部４１の内面に沿って通路に対して径方向外側へ広がりながら下流側へと向かい、第２拡大部４１の通路下流端から放出されるときに、コアンダ効果によりさらに通路形成部材４０内の通路に対して径方向外側へと広がる。好ましくは、通路形成部材４０の中心軸に対して垂直に近い方向に、燃料が放出されるように、第２拡大部４１の内面は、通路形成部材４０内の通路に対して垂直に近い角度にまで傾斜している。その結果、燃料が燃焼室１０内の空気とさらにミキシングされ易くなる。第１噴孔８ａから噴射された燃料が通路形成部材２０を通過して燃焼室１０の外周部に向かう速度よりも低速度で、燃料噴射ノズル８の第２噴孔８ｂから噴射された燃料が、燃焼室１０の外周部に向かい、先に空気と混合された燃料と衝突し、燃焼室１０内で燃料噴霧の空間的な乱れが生じる。その結果、燃料全体が、燃焼室１０内の空気と効率よくミキシングされる。よって、未燃燃料が生じ難くなり、エミッションが良好となる。

＜４．第４実施形態＞
以下では、第４実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室１０の概略構造について、図７を参照して説明する。第４実施形態に係るディーゼルエンジンの燃焼室構造は、通路形成部材４０に代えて、通路形成部材５０を備える点において、第３実施形態に係る燃焼室構造とは異なる。以下では、主として第３実施形態と異なる点について説明する。

通路形成部材５０は、第１拡大部４５、絞り部３４、最小部３３、及び第２拡大部４１に代えて、第１拡大部５１、絞り部５２、最小部５３、及び第２拡大部５４をそれぞれ備える。

図７に示すように、第１拡大部５１は、通路の上流側から下流側へ向かって通路断面積が漸次広くなっている。絞り部５２は、第１拡大部５１のすぐ上流側に設けられる。絞り部５２は、第１拡大部５１から離れるに従って通路断面積が漸次広くなっている。第２拡大部５４は、第１拡大部５１のすぐ下流側に設けられる。第２拡大部５４は、通路断面積が通路下流側に向かって拡大していく度合いが、第１拡大部５１よりも大きくなっている。

図７に示すように、本実施形態の通路形成部材５０の絞り部５２と第１拡大部５１との境界部分、及び第１拡大部５１と第２拡大部５４との境界部分は、滑らかに繋がっている。すなわち、絞り部５２と第１拡大部５１との境界部分、及び第１拡大部５１と第２拡大部５４との境界部分は、通路形成部材５０の通路の中心線を通るように切断したときの中央縦断面において、内面が滑らかな曲線状である。このように、第１拡大部５１と第２拡大部５２は滑らかに接続されている。

以上のような構成の通路形成部材５０によれば、燃料が通路形成部材５０の内面に沿ってより流れ易くなる。そのため、燃料が通路形成部材５０の通路内を、コアンダ効果により、より速やかに淀みなく流れ易くなり、また、燃料が通路形成部材５０の第２拡大部５４から放出されるときに、燃料が通路形成部材５０内の通路に対して径方向外側に、より広がり易くなる。第１噴孔８ａから噴射された燃料が通路形成部材５０を通過して燃焼室１０の外周部に向かう速度よりも低速度で、燃料噴射ノズル８の第２噴孔８ｂから噴射された燃料が、燃焼室１０の外周部に向かい、先に空気と混合された燃料と衝突し、燃焼室１０内で燃料噴霧の空間的な乱れが生じる。その結果、燃料全体が、燃焼室１０内の空気と効率よくミキシングされる。よって、未燃燃料が生じ難くなり、エミッションが良好となる。

以上に、本発明の例示的な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。

＜５．第１変型例＞
上記の実施形態では、各通路形成部材は、シリンダヘッド３の燃焼室天井面３ｂに形成された凹部３ｃに個別に固定されているとしたが、これに限らない。また、上記の実施形態では、第２噴孔８ｂに対応する通路形成部材は設けられていないとしたが、これに限らない。例えば、第１噴孔８ａに対応して設けられる第１通路形成部（第１通路形成部材）と、第２噴孔８ｂに対応して設けられる第２通路形成部（第２通路形成部材）とが、共通の通路形成ユニットに一体的に形成されているとしてもよい。斯かる通路形成ユニットの例を、図８に符号６０で示している。図８は、第１変型例における、通路形成ユニット６０の構造を示す横断面図である。

通路形成ユニット６０は、一定の厚みを有する円環状である。通路形成ユニット６０には、内周面と外周面とを径方向に貫通する第１通路６１が、９０°おきに４つ形成されている。第１通路６１は、第１通路形成部材の通路に相当する。第１通路６１は、通路断面が円形である。また、通路形成ユニット６０には、内周面と外周面とを径方向に貫通する第２通路６２が、９０°おきに４つ形成されている。第２通路６２は、第２通路形成部材の通路に相当する。第２通路６２は、周方向に隣り合う第１通路６１の中間の角度位置に配置されるように設けられる。第２通路６２は、通路断面が、第１通路６１の通路断面よりも大きい円形である。通路形成ユニット６０は、第１通路６１が第１噴孔８ａに対向し、第２通路６２が第２噴孔８ｂに対向し、かつ、燃料噴射ノズル８の全周が通路形成ユニット６０に取り囲まれるように、取り付けられる。具体的には、通路形成ユニット６０の軸方向の一方側の端面が、シリンダヘッド３の燃焼室天井面３ｂの凹部３ｃに、略面接触又は線接触した状態で、溶接やネジ止め等の公知の方法により取り付けられる。

これによっても、第１通路６１（第１通路形成部）を通過した燃料と、第２通路６２（第２通路形成部）を通過した燃料とが、時間差でぶつかり合うことで、全体的にミキシングされ易い。なお、通路断面が小さい第１通路６１の方が、第２通路６２よりも燃料が速く流れる。これは、通路断面（孔径）が大きくなると、通路内に流入する空気が増えるため、それだけ燃料に対する空気抵抗が大きくなるためである。

また、４つの第１通路６１と、４つの第２通路６２とが、共通の通路形成ユニット６０に保持されるため、噴孔８ａ，８ｂと、通路６１，６２と、の位置関係を同時にかつ容易に決めることができる。

＜６．第２変型例＞
他の通路形成ユニットの例を、図９に符号７０で示している。図９は、第２変型例における、通路形成ユニット７０の構造を示す横断面図である。

通路形成ユニット７０は、概略的には、短辺７３と長辺７４とを交互に有する概ね８角形状である。通路形成ユニット７０は一定の厚みを有し、軸心部は円柱状の空洞部６９となっている。通路形成ユニット７０には、短辺７３と空洞部６９とを径方向に連通する第１通路７１が、９０°おきに４つ形成されている。第１通路７１は、第１通路形成部材の通路に相当する。また、通路形成ユニット７０には、長辺７４の中央と空洞部６９とを径方向に連通する第２通路７２が、９０°おきに４つ形成されている。第２通路７２は、第２通路形成部材の通路に相当する。第１通路７１及び第２通路７２は、通路断面が略同じである。第１通路７１の通路長さ（Ｌ１）は、第２通路の通路長さ（Ｌ２）よりも長い（Ｌ１＞Ｌ２）。通路形成ユニット７０は、第１通路７１が第１噴孔８ａに対向し、第２通路７２が第２噴孔８ｂに対向し、かつ、燃料噴射ノズル８の全周が通路形成ユニット７０に取り囲まれるように、取り付けられる。具体的には、通路形成ユニット７０の軸方向の一方側の端面が、シリンダヘッド３の燃焼室天井面３ｂの凹部３ｃに、略面接触又は線接触した状態で、溶接やネジ止め等の公知の方法により取り付けられる。

これによっても、第１通路７１（第１通路形成部）を通過した燃料と、第２通路７２（第２通路形成部）を通過した燃料とが、時間差でぶつかり合うことで、全体的にミキシングされ易い。なお、空気と燃料とが接触する時間の差によって生じる、空気抵抗の差により、通路長さＬ１が長い第１通路７１の方が、通路長さＬ２が短い第２通路７２よりも、燃料が速く流れる。また、４つの第１通路７１と、４つの第２通路７２とが、共通の通路形成ユニット７０に保持されるため、噴孔８ａ，８ｂと、通路７１，７２と、の位置関係を同時にかつ容易に決めることができる。

＜７．第３変形例＞
上記の実施形態では、通路形成部材は、シリンダヘッド３の燃焼室天井面３ｂに形成された凹部３ｃに配置されているとしたが、これに代えて、通路形成部材が燃焼室天井面３ｂの凹部３ｃ以外の場所に配置されていてもよい。斯かる例を、図１０に示してある。図１０は、第３変型例における、ディーゼルエンジンの燃焼室付近の構造を示す縦断面図である。図１０に示すように、この場合にも噴孔８ａの中心線と、通路形成部材２０の中心線とが、略一直線上に配置されることが好ましい。

＜８．第４変形例＞
あるいは、通路形成部材が、シリンダヘッド３のペントルーフ型の燃焼室天井面に配置されていてもよい。斯かる例を、図１１に示してある。図１１中の符号３ｄは、ペントルーフ型の天井面である。図１１に示すように、この場合にも噴孔８ａの中心線と、通路形成部材２０の中心線とが、略一直線上に配置されることが好ましい。

＜９．第５変形例＞
燃料噴射ノズル８の噴孔８ａから噴射された燃料が、シリンダの中心軸に対して垂直な方向に広がるように、図１２に示すように、燃料噴射ノズル８がシリンダの中心軸に対して傾斜して設けられていてもよい。その場合、通路形成部材２０は、シリンダの中心軸に対して垂直な燃焼室天井面３ｂに、直付けされていてもよい。

＜１０．第６変形例＞
シリンダヘッド３にグロープラグ取付孔が設けられ、当該グロープラグ取付孔にグロープラグが装着されていてもよい。斯かる例を、図１３に示してある。図１３は、第６変形例における、ディーゼルエンジンの燃焼室付近の構造を示す縦断面図である。図１３中の符号１３は、グロープラグ取付孔である。図１３の例では、グロープラグ取付孔１３の出口から離れた位置に、燃料噴射ノズル８の先端部が配置されており、燃料噴射ノズル８の先端部を取り囲むように、ペントルーフ型の燃焼室天井面３ｄに通路形成部材２０が配置されている。

＜１１．その他の変形例＞
上記の実施形態では、通路形成部材２０の外周部に平坦部２１が形成され、平坦部２１がシリンダヘッド３の燃焼室天井面３ｂの凹部３ｃに当接することで、略面接触した状態で取り付けられるとした。しかしながら、必ずしもこれに限るものではなく、通路形成部材に平坦部を形成せずに、通路形成部材の外周面を凹部３ｃに当接させて線接触させ、この状態で通路形成部材を凹部に取り付けてもよい。

上記の実施形態では、通路形成部材がシリンダヘッド３の燃焼室天井面３ｂの凹部３ｃに直付けされていたが、必ずしもこれに限らない。上記に代えて、通路形成部材が筒状のホルダに収容され、当該ホルダがシリンダヘッド３の燃焼室天井面３ｂの凹部３ｃに、ネジ等の締結部材を介して固定されてもよい。

複数種類（例えば、２種類）の通路形成部材（通路形成部）が、燃料噴射ノズル８の周囲に、周方向に交互に配置されてもよい。これにより、第１噴孔８ａから噴射された燃料が燃焼室１０の外周部に向かう速度と、第２噴孔８ｂから噴射された燃料が燃焼室１０の外周部に向かう速度との、速度差を自在に設定することが可能である。ただし、燃料噴射ノズル８の全ての噴孔８ａ，８ｂに対応して、共通（１種類）の通路形成部材を配置してもよい。その場合にも、燃料を燃焼室１０内の空気とミキシングし易くするという効果は奏される。

エンジンは、必ずしもディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジン等にも適用できる。例えば、図１３の例において、符号１３をグロープラグ取付孔に代えて点火プラグ取付孔としてもよい。

また、上記の実施形態及び変形例に登場した各要素を、矛盾が生じない範囲で、適宜に組み合わせてもよい。例えば、通路形成ユニット６０において、通路断面積が互いに異なる２種類の通路形成部材４０が、第１通路６１と第２通路６２とに対応する位置に、第１通路形成部及び第２通路形成部として、それぞれ設けられていてもよい。

本願は、エンジンの燃焼室構造に利用できる。

１ ピストン
２ シリンダブロック
２ａ 合わせ面
３ シリンダヘッド
３ａ 合わせ面
３ｂ 燃焼室天井面
３ｃ 凹部
８ 燃料噴射ノズル
８ａ 噴孔
１０ 燃焼室
２０ 通路形成部材
２１ 平坦部
２２ 拡大部
３０ 通路形成部材
３１ 平坦部
３３ 最小部
３４ 絞り部
４０ 通路形成部材
４１ 第２拡大部
４５ 第１拡大部
５０ 通路形成部材
５１ 第１拡大部
５２ 絞り部
５３ 最小部
５４ 第２拡大部

Claims (6)

1. シリンダヘッドと、シリンダブロックのシリンダ内のピストンと、によって形成される燃焼室と、
   前記シリンダヘッドに設けられ、先端部が前記燃焼室に露出して前記先端部に燃料が前記燃焼室へ噴射される噴孔が形成された燃料噴射ノズルと、
   前記燃料噴射ノズルの前記噴孔から噴射された燃料を通過させる通路が形成された通路形成部材と、
   を備え、
   前記通路形成部材の外周面は、前記シリンダヘッドの燃焼室天井面に当接され、
   前記通路形成部材の前記通路は、前記通路の上流側から下流端へ向かって通路断面積が漸次広くなる拡大部を含む
   ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
2. 請求項１に記載のエンジンの燃焼室構造であって、
   前記通路形成部材の前記通路には、前記拡大部よりも前記通路の上流側に、通路断面積が漸次縮小して前記拡大部の上流端に続く絞り部が形成される
   ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
3. 請求項２に記載のエンジンの燃焼室構造であって、
   前記絞り部は、前記通路の中間点よりも上流側に位置している
   ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジンの燃焼室構造であって、
   前記拡大部は、
   前記通路の下流側に向かうにつれて通路断面積が漸次広くなる第１拡大部と、
   前記第１拡大部の下流側に当該第１拡大部と連続して配置され、かつ、前記通路断面積が通路下流側に向かって拡大していく度合いが前記第１拡大部よりも大きくなっている第２拡大部と、
   からなる
   ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
5. 請求項４に記載のエンジンの燃焼室構造であって、
   前記拡大部と前記第２拡大部は、滑らかに接続されている
   ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のエンジンの燃焼室構造であって、
   前記シリンダヘッドの前記燃焼室天井面には、前記通路形成部材の一部を収容する凹部が形成され、
   前記通路形成部材は、前記凹部に配置される
   ことを特徴とするエンジンの燃焼室構造。
   

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